能的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的規(guī)律，如：電源給電容器的充電過程可以等效為將電荷逐個(gè)從原本電中性的兩極板中的一個(gè)極板移到另一個(gè)極板的過程. 在移動(dòng)過程中克服電場(chǎng)力做功，電源的電能轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能．實(shí)驗(yàn)表明:電容器兩極間的電壓與電容器所帶電量如圖所示．

（1）對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)，教科書中講解了由v-t圖像求位移的方法．請(qǐng)你借鑒此方法，根據(jù)圖示的Q-U圖像，若電容器電容為C，兩極板間電壓為U，求電容器所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能．
（2）如圖所示，平行金屬框架豎直放置在絕緣地面上．框架上端接有一電容為C的電容器．框架上一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒平行于地面放置，離地面的高度為h．磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與框架平面相垂直．現(xiàn)將金屬棒由靜止開始釋放，金屬棒下滑過程中與框架接觸良好且無摩擦．開始時(shí)電容器不帶電，不計(jì)各處電阻．

求a. 金屬棒落地時(shí)的速度大小
b. 金屬棒從靜止釋放到落到地面的時(shí)間

（1）（2）a, b.

解析試題分析：（1）(5分)由功能關(guān)系可知克服電場(chǎng)力做的功等于產(chǎn)生的電場(chǎng)能（1分）
根據(jù)速度時(shí)間圖像圍成的面積代表位移可知在QU圖像中，圖像所圍面積即為，也就是克服電場(chǎng)力所做的功（1分）
即 （1分）
又有電容定義式 （1分）
兩式聯(lián)立得   電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能為 （1分）
（2）(7分)設(shè)導(dǎo)體棒落地的速度為v，此時(shí)導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)
感生電動(dòng)勢(shì)大小為  （2分）
電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能為 （2分）
由動(dòng)能定理得 （2分）
解得 （1分）
（3）(8分)導(dǎo)體棒下落過程中受安培力和重力，由動(dòng)量定理可知
解得   (8分)
考點(diǎn)：電容器 電磁感應(yīng)定律

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：填空題

在圖中，長(zhǎng)為L的導(dǎo)體棒原來不帶電，現(xiàn)將一帶電為+q的點(diǎn)電荷置于木棒左側(cè)，并在棒的軸線上，q距棒左端為R，C為棒的中點(diǎn)，在棒達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體棒上感應(yīng)電荷在C點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小為__   ___，場(chǎng)強(qiáng)的方向?yàn)開__    __。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路，、為兩正對(duì)的圓形金屬板，兩板間距為，板的半徑為，且。當(dāng)板正中受一頻率為的細(xì)束紫外線照射時(shí)，照射部位發(fā)射沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉(zhuǎn)。已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質(zhì)量m。

（1）若閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小。當(dāng)電壓表示數(shù)為時(shí)，電流恰好為零。求：
①金屬板N的極限頻率；
②將圖示電源的正負(fù)極互換，同時(shí)逐漸增大極板間電壓，發(fā)現(xiàn)光電流逐漸增大，當(dāng)電壓達(dá)到之后，電流便趨于飽和。求此電壓。
（2）開關(guān)S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為多大時(shí)，電流為零。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，在坐標(biāo)系右側(cè)存在一寬度為、垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B；在左側(cè)存在與y軸正方向成角的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一個(gè)粒子源能釋放質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子源在點(diǎn)P(，)時(shí)發(fā)出的粒子恰好垂直磁場(chǎng)邊界EF射出；將粒子源沿直線PO移動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)，所發(fā)出的粒子恰好不能從EF射出。不計(jì)粒子的重力及粒子間相互作用力。求：

（1）勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度；
（2）粒子源在Q點(diǎn)時(shí)，粒子從發(fā)射到第二次進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)間。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（8分）如圖，在區(qū)域I分布有沿-y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為為E,區(qū)域II分布有垂直xoy向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩區(qū)寬度相同，有一個(gè)質(zhì)子從I區(qū)的左側(cè)垂直邊界入射，恰好垂直II區(qū)右邊界射出，求質(zhì)子的入射速度。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（17分）平面直角坐標(biāo)系中，第1象限存在沿軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度垂直于軸射入電場(chǎng)，經(jīng)軸上的N點(diǎn)與軸正方向成60º角射入磁場(chǎng)，最后從軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)與軸正方向成60º角射出磁場(chǎng)，如圖所示。不計(jì)粒子重力，求：

（1）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R；
（2）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間；
（3）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小E。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（14分）如圖1所示，真空中相距d=5cm的兩塊平行金屬板A、B與電源連接（圖中未畫出），其中B板接地（電勢(shì)為零），A板電勢(shì)變化的規(guī)律如圖2所示。 將一個(gè)質(zhì)量2X10-27kg，電量q=+1.6X10-19c的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計(jì)重力。

求：（1）在時(shí)刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大��；
（2）若A板電勢(shì)變化周期T=1.0X10-5s，在時(shí)將帶電粒子從緊臨B板處無初速釋放，粒子到達(dá)A板時(shí)速度的大��；
（3）A板電勢(shì)變化頻率多大時(shí)，在t=T/4到t=T/2時(shí)間內(nèi)從緊臨B板處無初速釋放該帶電粒子，粒子不能到達(dá)A板。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示為研究電子槍中電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi)，存在兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)I和II，兩電場(chǎng)的邊界均是邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形（不計(jì)電子所受重力）。若在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放質(zhì)量為m，帶電量為e的電子：

（1）求電子離開勻強(qiáng)電場(chǎng)I時(shí)的速度；
（2）求電子離開勻強(qiáng)電場(chǎng)II的位置（位置坐標(biāo)用L表示）

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻r=1Ω，電阻R1=3Ω，R2=6Ω，電容器的電容C=3.6μF，二極管D具有單向?qū)щ娦�，開始時(shí)，開關(guān)S1閉合，S2斷開。

（1）合上S2，待電路穩(wěn)定以后，求電容器C上電量變化了多少？
（2）合上S2，待電路穩(wěn)定以后再斷開S1，求斷開S1后流過R1的電量是多少？

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